微生物交互关系挖掘中的路径提取算法研究

发布时间：2024-05-10 18:48

　　自然界中,大多数微生物存在于复杂多样的群落生态系统中,它们相互影响并交织在一起,共同维持微生态系统的生物功能和生态角色。如何准确可靠地从这些群落生态系统中发现重要的微生物交互关系,是近年来研究的热点。其中发现高阶微生物交互关系并研究其对生态系统功能的影响,则是一个具有重要意义的新方向。本文整合宏基因组测序技术得到的微生物丰度数据、系统发育树及其代谢网络数据等多组学数据,开发了基于路径提取的策略用来识别和预测微生物种间交互关系,并发现微生物之间的高阶交互关系。主要贡献如下:第一,开发了基于迭代随机森林(iRF)算法的微生物交互预测方法,整合了微生物系统发育距离信息,使得结果更具有生物学意义。该方法将微生物交互关系提取置于一个有监督的学习框架中,保证了关系提取过程的可靠性与结果的稳定性。整合微生物系统发育距离数据,则确保了被发现的交互关系具有了真实生物意义。最后还利用微生物代谢网络模型从代谢角度对交互关系进行验证,为微生物共培养的生物实验设计提供了候选集合。第二,提出了基于遗传蚁群优化(GACO)算法的微生物高阶关系预测算法。使用启发式搜索策略,不仅可以发现具有线性或逻辑可加性的微生物交互...

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1群落生态系统中微生物之间的交互关系及其代谢相互作用

１．１．２微生物种类丰度数据与代谢数据??近年来，宏基因组测序技术的快速发展使得科研人员能够对特定群落中包含??有微生物的组成、功能、多样性及其与环境因子的关系等多方面进行无偏量??析。??基本方式是从环境样品中获取微生物的１６ＳｒＲＮＡ序列，将序列去噪，去除嵌??，通过相似序列....

图２．３系统进化树中Ｐａｔｒｉｓｔｉｃ?Ｄｉｓｔａｎｃｅ示意图??Ｄａｍｉｅｎ等人？的研宄表明，从系统发育树中提取的距离矩阵的元素的平方根可??以确保其距离元素位于欧氏空间上

２．３．２?Ｐａｔｒｉｓｔｉｃ?Ｄｉｓｔａｎｃｅ??基于２．３．１中所描述的基本术语，定义Ｐａｔｒｉｓｔｉｃ?Ｄｉｓｔａｎｃｅ［７８］为系统发育树中两个??结点之间的分支长度的总和，如图２．３．２所示，假设系统发育树为有根树，以结点??Ａ和结点Ｄ为例，则以和％的Ｐａｔｒｉｓｔｉｃ....

图２．４微生物代谢网络模型与种子化合物示意图??基于ＭＮＲ推断微生物交互关系的逆向生态法中，在资源匮乏情况下，如果微??

基于ＭＮＲ推断微生物交互关系的逆向生态法中，在资源匮乏情况下，如果微??生物的种子集存在重叠，则它们将会彼此互相竞争。若两个微生物存在营养谱的互??补性，则它们会形成某种协作关系。如图２．５所示，竞争得分，例如有效代谢重叠??（Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ?ｍｅｔａｂｏｌｉｃ?ｏｖｅｒｌａ....

图２．５基于代谢网络模型预测微生物相互作用示意图ＭＩ

量可以识别出在约束条件下的可行解空间［１ＧＧ］。一旦获得了微生物在稳态条件下的??代谢行为特征，就可以通过优化某些目标函数来建立微生物交互关系模型。??使用ＦＢＡ模型预测微生物相互作用关系需要经历５个步骤，如图２．６所示，分??别为微生物代谢网络模型构建、代谢网络模型的数学表示、....

本文编号：3968868